Elementi rijetke zemljeneophodni su za razvoj visoke tehnologije kao što su nova energija i materijali, i imaju široku vrijednost primjene u područjima kao što su zrakoplovstvo, nacionalna obrana i vojna industrija. Rezultati modernog ratovanja pokazuju da oružje rijetkih zemalja dominira bojnim poljem, tehnološke prednosti rijetkih zemalja predstavljaju vojno tehnološke prednosti, a posjedovanje resursa je zajamčeno. Stoga su rijetke zemlje također postale strateški resursi za koje se natječu velika gospodarstva diljem svijeta, a ključne strategije sirovina kao što su rijetke zemlje često se uzdižu do nacionalnih strategija. Europa, Japan, Sjedinjene Države i druge zemlje i regije obraćaju više pozornosti na ključne materijale kao što su rijetke zemlje. Godine 2008. Ministarstvo energetike Sjedinjenih Država uvrstilo je materijale rijetkih zemalja u "strategiju ključnih materijala"; Početkom 2010. godine Europska unija najavila je uspostavu strateške rezerve rijetkih zemalja; 2007. godine japansko Ministarstvo obrazovanja, kulture, znanosti i tehnologije, kao i Ministarstvo gospodarstva, industrije i tehnologije, već su predložili "Plan strategije elemenata" i plan "Zamjenski materijali rijetkih metala". Poduzeli su kontinuirane mjere i politike u rezervama resursa, tehnološkom napretku, nabavi resursa i potrazi za alternativnim materijalima. Počevši od ovog članka, urednik će detaljno predstaviti važne, pa čak i nezaobilazne povijesne razvojne misije i uloge ovih elemenata rijetke zemlje.
Terbij spada u kategoriju teških rijetkih zemalja, s malom zastupljenošću u Zemljinoj kori od samo 1,1 ppm.Terbijev oksidčini manje od 0,01% ukupnih rijetkih zemalja. Čak iu teškoj rudi rijetke zemlje s visokim sadržajem itrijevih iona s najvećim sadržajem terbija, sadržaj terbija čini samo 1,1-1,2% ukupne rijetke zemlje, što ukazuje da pripada "plemenitoj" kategoriji elemenata rijetke zemlje. Terbij je srebrno sivi metal duktilnosti i relativno meke teksture, koji se može razrezati nožem; Talište 1360 ℃, vrelište 3123 ℃, gustoća 8229 4 kg/m3. Više od 100 godina od otkrića terbija 1843. godine, njegova oskudica i vrijednost dugo su sprječavale njegovu praktičnu primjenu. Tek je u posljednjih 30 godina terbij pokazao svoj jedinstveni talent.
Otkriće terbija
Tijekom istog razdoblja kadalantanje otkriven, Karl G. Mosander iz Švedske analizirao je prvotno otkrivenoitriji objavio je izvješće 1842., pojašnjavajući da prvotno otkrivena itrijeva zemlja nije bila samo jedan elementarni oksid, već oksid tri elementa. Godine 1843. Mossander je otkrio element terbij svojim istraživanjem itrijeve zemlje. Jednu je još nazvao itrijeva zemlja i jednu od njiherbijev oksid. Tek je 1877. službeno nazvan terbij, sa simbolom elementa Tb. Ime mu dolazi iz istog izvora kao i itrij, a potječe iz sela Ytterby u blizini Stockholma u Švedskoj, gdje je ruda itrija prvi put otkrivena. Otkriće terbija i druga dva elementa, lantana i erbija, otvorilo je druga vrata otkriću elemenata rijetkih zemalja, označivši drugu fazu njihova otkrića. Prvi ga je pročistio G. Urban 1905. godine.
Mossander
Primjena terbija
Primjena odterbijuglavnom uključuje visokotehnološka područja, koja su tehnološki intenzivna i vrhunska znanja intenzivna, kao i projekte sa značajnim ekonomskim koristima, s atraktivnim razvojnim izgledima. Glavna područja primjene uključuju: (1) korištenje u obliku miješanih rijetkih zemalja. Na primjer, koristi se kao složeno gnojivo rijetkih zemalja i dodatak stočnoj hrani za poljoprivredu. (2) Aktivator za zeleni prah u tri primarna fluorescentna praha. Suvremeni optoelektronički materijali zahtijevaju korištenje tri osnovne boje fosfora, a to su crvena, zelena i plava, pomoću kojih se mogu sintetizirati različite boje. A terbij je neizostavna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima. (3) Koristi se kao magneto optički materijal za pohranu. Tanki filmovi od legure prijelaznog metala amorfnog metala terbija korišteni su za proizvodnju magneto optičkih diskova visokih performansi. (4) Proizvodnja magneto optičkog stakla. Faradayevo rotacijsko staklo koje sadrži terbij ključni je materijal za proizvodnju rotatora, izolatora i cirkulatora u laserskoj tehnologiji. (5) Razvoj i razvoj terbij disprozijeve feromagnetostriktivne legure (TerFenol) otvorio je nove primjene za terbij.
Za poljoprivredu i stočarstvo
Terbij rijetke zemljemože poboljšati kvalitetu usjeva i povećati brzinu fotosinteze unutar određenog raspona koncentracija. Kompleksi terbija imaju visoku biološku aktivnost, a ternarni kompleksi terbija, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, imaju dobre antibakterijske i baktericidne učinke na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli, s antibakterijskim djelovanjem širokog spektra svojstva. Proučavanje ovih kompleksa daje novi smjer istraživanja za moderne baktericidne lijekove.
Koristi se u području luminiscencije
Suvremeni optoelektronički materijali zahtijevaju korištenje tri osnovne boje fosfora, a to su crvena, zelena i plava, pomoću kojih se mogu sintetizirati različite boje. A terbij je neizostavna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima. Ako je rođenje TV crvenog fluorescentnog praha u boji rijetkih zemalja potaknulo potražnju za itrijem i europijem, tada je primjena i razvoj terbija promoviran zelenim fluorescentnim prahom tri osnovne boje rijetkih zemalja za svjetiljke. Početkom 1980-ih Philips je izumio prvu kompaktnu fluorescentnu svjetiljku koja štedi energiju i brzo ju je globalno promovirao. Ioni Tb3+ mogu emitirati zeleno svjetlo valne duljine od 545 nm, a gotovo svi zeleni fluorescentni prahovi rijetkih zemalja koriste terbij kao aktivator.
Zeleni fluorescentni prah koji se koristio za katodne cijevi za TV u boji (CRT) oduvijek se uglavnom temeljio na jeftinom i učinkovitom cink sulfidu, ali se prah terbija uvijek koristio kao zeleni prah za TV u boji za projekcije, kao što je Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ i LaOBr: Tb3+. S razvojem televizije visoke razlučivosti s velikim ekranom (HDTV), razvijaju se i zeleni fluorescentni prahovi visokih performansi za CRT. Na primjer, u inozemstvu je razvijen hibridni zeleni fluorescentni prah koji se sastoji od Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ i Y2SiO5: Tb3+, koji imaju izvrsnu učinkovitost luminiscencije pri visokoj gustoći struje.
Tradicionalni rendgenski fluorescentni prah je kalcijev volframat. U 1970-im i 1980-im razvijeni su fluorescentni prahovi rijetkih zemalja za zaslone za osjetljivost, kao što je terbijem aktivirani lantanov sulfid oksid, terbijem aktivirani lantanov bromid oksid (za zelene zaslone) i terbijem aktivirani itrijev sulfid oksid. U usporedbi s kalcijevim volframatom, fluorescentni prah rijetke zemlje može smanjiti vrijeme zračenja rendgenskim zrakama za pacijente za 80%, poboljšati razlučivost rendgenskih filmova, produžiti životni vijek rendgenskih cijevi i smanjiti potrošnju energije. Terbij se također koristi kao aktivator fluorescentnog praha za medicinske zaslone za poboljšanje X-zraka, koji mogu uvelike poboljšati osjetljivost pretvorbe X-zraka u optičke slike, poboljšati jasnoću X-zraka filmova i uvelike smanjiti dozu izloženosti X-zrakama. zraka na ljudsko tijelo (za više od 50%).
Terbijtakođer se koristi kao aktivator u bijelom LED fosforu pobuđenom plavim svjetlom za novu poluvodičku rasvjetu. Može se koristiti za proizvodnju terbij aluminijevih magneto optičkih kristalnih fosfora, koristeći plave diode koje emitiraju svjetlo kao izvore pobudnog svjetla, a generirana fluorescencija se miješa sa pobudnim svjetlom kako bi se proizvela čista bijela svjetlost.
Elektroluminiscentni materijali izrađeni od terbija uglavnom uključuju cinkov sulfid zeleni fluorescentni prah s terbijem kao aktivatorom. Pod ultraljubičastim zračenjem, organski kompleksi terbija mogu emitirati snažnu zelenu fluorescenciju i mogu se koristiti kao tankoslojni elektroluminiscentni materijali. Iako je postignut značajan napredak u proučavanju elektroluminiscentnih tankih slojeva organskih kompleksa rijetkih zemalja, još uvijek postoji određena praznina u odnosu na praktičnost, a istraživanje elektroluminiscentnih tankih filmova i uređaja složenih organskih rijetkih zemalja još uvijek je u tijeku.
Fluorescencijske karakteristike terbija također se koriste kao fluorescentne sonde. Interakcija između kompleksa ofloksacin terbija (Tb3+) i deoksiribonukleinske kiseline (DNA) proučavana je pomoću fluorescentnih i apsorpcijskih spektara, kao što je fluorescentna sonda ofloksacin terbija (Tb3+). Rezultati su pokazali da ofloxacin Tb3+sonda može formirati žlijeb koji se veže s molekulama DNA, a deoksiribonukleinska kiselina može značajno pojačati fluorescenciju ofloxacin Tb3+sustava. Na temelju te promjene može se odrediti deoksiribonukleinska kiselina.
Za magnetooptičke materijale
Materijali s Faradayevim efektom, također poznati kao magnetooptički materijali, naširoko se koriste u laserima i drugim optičkim uređajima. Postoje dvije uobičajene vrste magnetooptičkih materijala: magnetooptički kristali i magnetooptičko staklo. Među njima, magneto-optički kristali (kao što su itrijevo-željezni granat i terbij-galijev granat) imaju prednosti podesive radne frekvencije i visoke toplinske stabilnosti, ali su skupi i teški za proizvodnju. Osim toga, mnogi magnetooptički kristali s visokim Faradayevim kutovima rotacije imaju visoku apsorpciju u kratkovalnom području, što ograničava njihovu upotrebu. U usporedbi s magneto-optičkim kristalima, magneto-optičko staklo ima prednost visoke propusnosti i lako se izrađuje u velike blokove ili vlakna. Trenutno su magneto-optička stakla s visokim Faradayevim učinkom uglavnom stakla dopirana ionima rijetkih zemalja.
Koristi se za magneto optičke materijale za pohranu
Posljednjih godina, s brzim razvojem multimedije i uredske automatizacije, potražnja za novim magnetskim diskovima velikog kapaciteta raste. Tanki filmovi od legure prijelaznog metala amorfnog metala terbija korišteni su za proizvodnju magneto optičkih diskova visokih performansi. Među njima, tanki film od legure TbFeCo ima najbolje performanse. Magnetski optički materijali na bazi terbija proizvedeni su u velikoj mjeri, a magnetooptički diskovi napravljeni od njih koriste se kao komponente za pohranu računala, s kapacitetom pohrane povećanom za 10-15 puta. Imaju prednosti velikog kapaciteta i velike brzine pristupa i mogu se obrisati i premazati desetke tisuća puta kada se koriste za optičke diskove visoke gustoće. Oni su važni materijali u tehnologiji elektroničke pohrane informacija. Najčešće korišteni magnetooptički materijal u vidljivom i bliskom infracrvenom pojasu je monokristal Terbium Gallium Garnet (TGG), koji je najbolji magnetooptički materijal za izradu Faradayevih rotatora i izolatora.
Za magneto optičko staklo
Faraday magneto optičko staklo ima dobru prozirnost i izotropiju u vidljivom i infracrvenom području, te može oblikovati različite složene oblike. Lako je proizvoditi proizvode velikih dimenzija i može se uvući u optička vlakna. Stoga ima široke izglede za primjenu u magnetooptičkim uređajima kao što su magnetooptički izolatori, magnetooptički modulatori i svjetlovodni strujni senzori. Zbog svog velikog magnetskog momenta i malog koeficijenta apsorpcije u vidljivom i infracrvenom području, ioni Tb3+ postali su često korišteni ioni rijetkih zemalja u magneto-optičkim staklima.
Terbij disprozij feromagnetostriktivna legura
Krajem 20. stoljeća, uz kontinuirano produbljivanje svjetske tehnološke revolucije, brzo su se pojavljivali novi materijali za primjenu rijetkih zemalja. Godine 1984. Državno sveučilište Iowa, Laboratorij Ames Ministarstva energetike SAD-a i Centar za istraživanje površinskog naoružanja američke mornarice (iz kojeg je došlo glavno osoblje kasnije osnovane Edge Technology Corporation (ET REMA)) surađivali su na razvoju novog rijetkog zemaljski inteligentni materijal, naime terbij disprozij feromagnetski magnetostriktivni materijal. Ovaj novi inteligentni materijal ima izvrsne karakteristike brze pretvorbe električne energije u mehaničku. Podvodni i elektro-akustični pretvarači izrađeni od ovog divovskog magnetostriktivnog materijala uspješno su konfigurirani u pomorskoj opremi, zvučnicima za detekciju naftnih bušotina, sustavima za kontrolu buke i vibracija te sustavima za istraživanje oceana i podzemnim komunikacijama. Stoga, čim je rođen divovski magnetostriktivni materijal terbij disprozij željezo, dobio je široku pozornost industrijaliziranih zemalja diljem svijeta. Tvrtka Edge Technologies u Sjedinjenim Državama počela je proizvoditi divovske magnetostriktivne materijale terbij disprozij željezo 1989. godine i nazvala ih Terfenol D. Nakon toga, Švedska, Japan, Rusija, Ujedinjeno Kraljevstvo i Australija također su razvile divovske magnetostriktivne materijale terbij disprozij željezo.
Iz povijesti razvoja ovog materijala u Sjedinjenim Državama, i izum materijala i njegove rane monopolističke primjene izravno su povezani s vojnom industrijom (kao što je mornarica). Iako kineska vojna i obrambena ministarstva postupno jačaju svoje razumijevanje ovog materijala. Međutim, sa značajnim jačanjem sveobuhvatne nacionalne snage Kine, zahtjev za postizanjem vojne konkurentne strategije 21. stoljeća i poboljšanjem razine opreme definitivno će biti vrlo hitan. Stoga će široka uporaba divovskih magnetostriktivnih materijala terbij disprozij željezo od strane vojnih ministarstava i ministarstava nacionalne obrane biti povijesna nužnost.
Ukratko, mnoga izvrsna svojstvaterbijčine ga nezamjenjivim članom mnogih funkcionalnih materijala i nezamjenjivim mjestom u nekim područjima primjene. Međutim, zbog visoke cijene terbija, ljudi su proučavali kako izbjeći i minimizirati upotrebu terbija kako bi se smanjili troškovi proizvodnje. Na primjer, magnetooptički materijali rijetkih zemalja također bi trebali koristiti jeftini disprozij željezo kobalt ili gadolinij terbij kobalt što je više moguće; Pokušajte smanjiti sadržaj terbija u zelenom fluorescentnom prahu koji se mora koristiti. Cijena je postala važan čimbenik koji ograničava široku upotrebu terbija. Ali mnogi funkcionalni materijali ne mogu bez njega, pa se moramo pridržavati načela "upotrebe dobrog čelika na oštrici" i pokušati uštedjeti upotrebu terbija što je više moguće.
Vrijeme objave: 7. kolovoza 2023